DE2552590A1 - Electric motor-driven submersible pump unit - has closed cycle cooling system with diaphragm for motor - Google Patents

Electric motor-driven submersible pump unit - has closed cycle cooling system with diaphragm for motor

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DE2552590A1 DE19752552590 DE2552590A DE2552590A1 DE 2552590 A1 DE2552590 A1 DE 2552590A1 DE 19752552590 DE19752552590 DE 19752552590 DE 2552590 A DE2552590 A DE 2552590A DE 2552590 A1 DE2552590 A1 DE 2552590A1
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Abstract

Electric motor of a pump is fitted with cooling jacket which has a coolant flow connection and coolant return connection. Both connections terminate in coolant circulating unit fitted to the pump discharge socket. The circulating unit consists of housing divided into chambers by a diaphragm. One chamber is in permanent communication with the pressure of the pump discharge via connecting socket. The other chamber contains the coolant spring pressing the diaphragm towards the first chamber. The second chamber also has a coolant inlet and coolant outlet both fitted with non-return valves which operated in opposite directions. When the pump is started, pressure from the discharge socket is transmitted to the first chamber and the pressure fluctuations cause the diaphragm to oscillate. The oscillations are conveyed to the coolant volume in the second chamber causing alternate displacement via a valve and subsequent suction via a second valve.

Description

PATENTANWALT OIPL-ING. VIERKÖTTERPATENT ADVOCATE OIPL-ING. QUADS

KOLN/RHEIN HOHENZOLLERNRINGJ-IO(CONCORDIAHaUS) - TELEFON· 21 2593 KOLN / RHEIN HOHENZOLLERNRINGJ-IO (CONCORDIAHaUS) - TELEPHONE 21 2593

, 20.11.1975: B 7510, November 20, 1975: B 7510

Albert Blum, Lohmar (Rheinl.)Albert Blum, Lohmar (Rheinl.)

Elektrisches Tauchpumpenaggregat und Verfahren zur Kühlung des Elektromotors derartiger TauchpumpenaggregateElectric submersible pump unit and method for cooling the electric motor of such submersible pump units

Die Erfindung betrifft elektrische Tauchpumpenaggregate, d. h. aus einem Elektromotor und einer damit gekoppelten Pumpe gebildete, in das zu fördernde Medium eintauchbare Pumpeinrichtungen, und zwar Tauchpumpenaggregate, deren Mbtore einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlmantel oder ein ähnliches Kühlsystem besitzen.The invention relates to electric submersible pump units, d. H. formed from an electric motor and a pump coupled to it, which can be immersed in the medium to be conveyed Pumping devices, namely submersible pump units, whose Mbtore a cooling jacket through which a cooling liquid flows or have a similar cooling system.

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Bei "bekannten Ausführungafonaen von Tauchpumpenaggregaten mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Kühlmantel wird dem Fördermedium auf der Druckseite der Pumpe eine gewisse Plussigkeitamenge entnommen und nach dem Durchfluß durch den Kühlmantel wieder auf die Saugseite der Pumpe zurückgeführt. Eine solche Maßnahme hat insbesondere bei Pumpen für Bauzwecke bzw. für Abwässer, Fäkalien und dergleichen den Nachteil, daß in dem Fördermedium enthaltene Festbestandteile sich beim Durchfluß durch das Kühlsystem leicht ablagern und so zu Verstopfungen des Kühlsystems Anlaß geben können.In "known designs of submersible pump units with a cooling jacket through which a cooling medium flows, the pumped medium on the pressure side of the Pump a certain amount of positive stuff removed and after the flow through the cooling jacket is returned to the suction side of the pump. Such a measure has in particular in pumps for construction purposes or for sewage, faeces and like the disadvantage that solid constituents contained in the delivery medium are displaced when flowing through the cooling system easily deposit and thus lead to blockages in the cooling system.

Der Erfindung liegt u. a. die Aufgabe zu Grunde, diese Mangel zu beheben und ein Verfahren zur Kühlung von Pumpenaggregaten zu schaffen, durch das Ablagerungen im Kühlsystem mit Sicherheit vermieden und folglich eine ständig wirksame Kühlung gewährleistet werden und durch daa darüber hinaus ohne zusätzlichen Antrieb eine Kühlung des Motors immer dann erzielt wird, wenn die Pumpe fördert, also der Motor seine höchste Leistung aufzubringen hat.The invention lies inter alia. the task underlying to remedy this deficiency and a method for cooling To create pump units through the deposits in the Cooling system avoided with certainty and consequently a constantly effective cooling can be guaranteed and through daa about it In addition, cooling of the motor is always achieved without additional drive when the pump is delivering, i.e. the Engine has to provide its highest performance.

Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung in erster Linie ein Verfahren zur Kühlung der Elektromotore von elektrisch angetriebenen Tauchpumpenaggregaten vor, bei dem während der Förderung der Pumpe ein Kühlmittelstrom überTo solve this problem, the invention primarily provides a method for cooling the electric motors of electrically driven submersible pump units, in which a coolant flow over during the delivery of the pump

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— ir — (ο - ir - (ο

einen den Motor zumindest teilweise umgebenden Kühlmantel aufrechterhalten wird und bei dem erfindungagemäß das Kühlmittel in einem vom Förderstrom getrennten, geschlossenen Kreislauf über die zu kühlenden Teile und eine Abkühlung des Kühlmittels bewirkende Elemente geführt ist und der Kreislauf des Kühlmittels in Gang gesetzt wird, sobald der Förderdruck der Pumpe einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.a cooling jacket that at least partially surrounds the engine is maintained and in the case of the invention Coolant in a closed circuit that is separated from the flow rate via the parts to be cooled and a cooling of the Coolant causing elements is performed and the circuit of the coolant is set in motion as soon as the delivery pressure of the pump exceeds a specified threshold value.

Eine solche Art der Kühlung kann bei Tauchpumpenaggregaten, die einen Elektromotor und einen von einem Kühlmittel durchflossenen Kühlmantel oder dergleichen Einrichtungen besitzen, erfindungsgemäß -dadurch verwirklicht werden, daß der Kühlmantel über Rohrleitungen in Reihe mit Kühlelementen für das Kühlmittel und einen Kreislauf des Kühlmittels erzeugenden Umwälzelementen geschaltet ist, deren. Antrieb durch ' Anschluß an das Förderleitungssystem und insbesondere an die Druckseite der Pumpe des Tauchpumpenaggregats erfolgt.Such a type of cooling can be used in submersible pump units that have an electric motor and a coolant through-flow cooling jacket or similar devices own, according to the invention -by realized that the cooling jacket via pipes in series with cooling elements for the coolant and generating a circuit for the coolant Circulating elements is connected, their. Drive through 'connection to the delivery line system and in particular to the Pressure side of the pump of the submersible pump unit takes place.

Der Antrieb der Umwälzelemente für das Kühlmittel kann auf mannigfache Art durchgeführt werden. Mit Vorteil kann gemäß der Erfindung für die Umwälzelemente eine Antriebseinrichtung vorgesehen sein, die periodische Schwankungen des Druckes im Fördersystem der Förderpumpe, die dein Förderdruck überlagert sind und die beispielsweise bei den in Verbindung mit derartigen Pumpenaggregaten überlicherweise verwendeten Kreiselpumpen auftreten, zur Bildung einer gleichgerichtetenThe drive of the circulating elements for the coolant can be carried out in a variety of ways. Can with advantage According to the invention, a drive device can be provided for the circulating elements, the periodic fluctuations of the Pressure in the delivery system of the delivery pump, which are superimposed on your delivery pressure and which, for example, in the connection usually used with such pump units Centrifugal pumps occur to form a rectified

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Strömung dea Kühlmittels ausnutzen, indem erfindungsgemäß "beispielsweise in Abhängigkeit von den periodischen Schwankungen ihre Lage ändernde Elemente vorgesehen werden, die bei ihrer hin- und hergehenden Bewegung während jeder der beiden Bewegungsphasen unmittelbar oder über Zwischeneinrichtungen auf das Kühlmittel im Sinne einer Umwälzung in nur einer Flußrichtung einwirken.Exploit flow dea coolant by according to the invention "for example Depending on the periodic fluctuations, their position changing elements are provided, which in their reciprocating movement during each of the two movement phases directly or via intermediate devices act on the coolant in the sense of a circulation in only one direction of flow.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen Antriebseinrichtung ist als lageveränderliches Element eine von dem Förderdruck beaufschlagte, gegen den Druck einer Feder bewegliche Membran, -ein Kolben oder dergleichen vorgesehen. Diese Membran bzw. diesel' Kolben kann als doppelseitig wirkendes Element sekundärseitig in den Kühlmittelkreislauf geschaltet sein und in Verbindung mit zwei Rückschlagventilen, die mit gleicher Durchlaßrichtung in den Kühlmittelkreislauf geschaltet sind und von denen das eine in Flußrichtung vor und das andere hinter der Membran angeordnet ist, die Umwälzeinrichtung bilden.In a preferred embodiment of such The drive device is an element that can be changed in position and is acted upon by the delivery pressure and counteracted by the pressure Spring movable membrane, piston or the like provided. This diaphragm or diesel 'piston can be double-sided acting element on the secondary side in the coolant circuit be switched and in connection with two check valves, which with the same flow direction in the coolant circuit are connected and one of which is arranged in the flow direction in front of and the other behind the membrane, the circulating device form.

In konstruktiver Hinsicht sind für die erfindungsgemäße Urawälzeinrichtung die mannigfachsten Ausführungsformen denkbar. Sie kann als an den Pumpendruckstutzen und den Kühlmantel anschließbare besondere Einheit ausgebildet sein. Man kann sie aber auch in einer besonderen Kammer des Pumpenaggregats oder im Druckraum der Pumpe selbst unterbringen.In terms of construction are for the invention Urawälzeinrichtung the most diverse embodiments conceivable. It can be designed as a special unit that can be connected to the pump pressure port and the cooling jacket. You can but also in a special chamber of the pump unit or in the pressure chamber of the pump itself.

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In der Zeichnung ist ein elektrisches Tauchpumpenaggregat, das nach den erfindungsgemäßeη Verfahren gekühlt wird, mit den zum Verständnis wesentlichen Teilen zum Teil stark schematisiert als Ausführungsmöglichkeit dargestellt, und zwar zeigt:In the drawing is an electric submersible pump unit, which is cooled according to the method according to the invention is shown, with the parts that are essential for understanding, partly in a highly schematic way, as a possible implementation, namely shows:

Pig, 1 ein Pumpenaggregat mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für die Umwälzelemente in Ansicht,Pig, 1 a pump unit with the inventive Drive device for the circulating elements in view,

Pig, 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für die Umwälzelemente stark schematisiert im Schnitt,Pig, FIG. 2 shows an embodiment of the drive device according to the invention for the circulating elements highly schematic in section,

Bei dem in Pig. 1 dargestellten Pumpenaggregat, das aus dem Motor 11 und einer antriebsmäßig damit gekoppelten Pumpe 12 mit dem Ansaugsieb 13 besteht, ist der Motor von einem Kühlmantel 14 umgeben. Durch den Kühlmantel strömt in einem geschlossenen Kreislauf ein Kühlmittel, das dem Kühlmantel auf der einen Seite zugeführt und an anderer Stelle wieder entnommen, über Kühlelemente geführt und nach der Abkühlung erneut dem Kühlmantel wieder zugeführt wird. Der Kreislauf des Kühlmittels wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Umwälzeinrichtung 15 aufrechterhalten, die an den Druckstutzen 121 der Pumpe 12 angeschlossen ist und das Kühlmittel über die Leitung 151 demThe one in Pig. 1 illustrated pump unit, which consists of the motor 11 and a drive coupled therewith Pump 12 with suction strainer 13, the motor is surrounded by a cooling jacket 14. Flows through the cooling jacket in a closed circuit a coolant that is fed to the cooling jacket on one side and on the other Place removed again, passed over cooling elements and, after cooling, fed back to the cooling jacket. The circuit of the coolant is maintained in the illustrated embodiment by a circulation device 15, which is connected to the pressure port 121 of the pump 12 and the coolant via line 151 to the

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Kühlmantel zuführt. Das den Kühlmantel verlassende und in nicht besonders dargestellten Kühlelementen abgekühlte Kühlmittel fließt der Umwälzeinrichtung 15 über die Leitung 152 wieder zu. Die nicht besonders dargestellten Kühlelemente für das Kühlmittel können im einfachsten Falle beispielsweise durch eine Verlängerung der Rohrleitung 152 gebildet sein, die innerhalb der Punpenkammer, vorzugsweise von Fördermedium umspült, bis an den Auslaß des Kühlmantels geführt ist. Die Umwälzeinrichtung 15 ist über ihren Anschlußstutzen 153 unmittelbar an den Druckstutzen der Pumpe angeschlossen. Sie kann natürlich auch in irgend einer anderen Weise mit dem Fördersystem der Pumpe in Verbindung stehen, wenn nur sichergestellt ist, daß der Beginn der Förderung der Pumpe erfasst wird.Cooling jacket supplies. That which leaves the cooling jacket and is cooled in cooling elements (not shown in particular) Coolant flows back to the circulation device 15 via the line 152. The cooling elements not specifically shown for the coolant, in the simplest case, for example, by extending the pipeline 152 be formed within the pump chamber, preferably flushed with the pumped medium until it is led to the outlet of the cooling jacket. The circulation device 15 is via its connecting piece 153 connected directly to the pressure port of the pump. You can of course also in any other Manner with the delivery system of the pump in connection, if only it is ensured that the start of the delivery detected by the pump.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Umwälzeinrichtung 21, die vor allem zum nachträglichen Anbau an vorhandene Pumpenaggregate bestimmt ist, die mit einem zusätzlichen Kühlmantel ausgerüstet werden sollen, ist zum Anschluß an den Pumpendruckstutzen ein Anschlußstutzen 22 vorgesehen, über den der Druckraum der Pumpe, beispielsweise der Pumpe 12 nach Fig. 1, mit einer Druckkammer 23 verbunden wird, die dadurch unter dem D-i-'uck des Fördermediums steht. Diese Druckkammer 23 iat an ihrer einen Seite durch eine Membran 24 verschlossen, dieIn the preferred embodiment of a circulation device 21 shown in FIG is intended for retrofitting to existing pump units that are equipped with an additional cooling jacket are to be, a connection piece 22 is provided for connection to the pump pressure port, via which the pressure chamber the pump, for example the pump 12 of FIG. 1, is connected to a pressure chamber 23, which is thereby under the D-i-'uck of the pumped medium is up. This pressure chamber 23 iat one side closed by a membrane 24, which

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sich unter dem Einfluß des Pörderdruckes mehr oder weniger stark durchbiegt. Diese von der Höhe des Förderdruckes abhängige Durchbiegung kann durch eine auf der Gegenseite der Membran in einer zweiten Kammer 25 angeordnete Druckfeder 26 weitgehend kompensiert werden· Die dem Förderdruck überlagerten periodischen Förderdruckschwankungen lassen die Membran 24 um. eine Mittellage, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, in Richtung der Pfeile 27 hin und her schwingen. Dabei wii-d das Volumen der Kammer 26, die in den Kreislauf dea Kühlmittels geschaltet ist, ständig wechselnd vergrößert und verkleinert. Hierbei wird bei einer Volumenvergrößerung über die der Anschlußleitung 152 nach Fig. 1 entsprechende Leitung 252, in die das Rückschlagventil 254 geschaltet ist, Kühlmittel angesaugt, das durch die bei sich umkehrender Druckschwankung zurückschwingende Membran 24 infolge der damit verbundenen Volumenverringerung der Kammer 25 über das Rückschlagventil 253 in die der Leitung nach Fig. 1 entsprechende Leitung 251 gedruckt wird. Jeder Periode der Druckschwankung auf der Druckseite der Pumpe entspricht so ein Förderhub der Umwalζeinrichtung, die dadurch den Kühlmittelstrom aufrechterhält, so lange ein Förderdruck vorhanden ist.bends more or less strongly under the influence of the delivery pressure. This deflection, which depends on the level of the delivery pressure, can be largely compensated for by a compression spring 26 arranged on the opposite side of the membrane in a second chamber 25 . a central position, as shown in the drawing, swing back and forth in the direction of arrows 27. In the process, the volume of the chamber 26, which is connected to the coolant circuit, is constantly increasing and decreasing. In this case, when the volume increases, coolant is sucked in via the line 252 corresponding to the connecting line 152 according to FIG 253 is printed in line 251 corresponding to the line of FIG. Each period of the pressure fluctuation on the pressure side of the pump corresponds to a delivery stroke of the Umwalζeinrichtung, which thereby maintains the coolant flow as long as a delivery pressure is present.

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Claims (8)

2552530 Ansprüche2552530 claims 1.!Verfahren zur Kühlung der Elektromotore von elektrisch angetriebenen Tauchpumpenaggregaten, bei dem bei fördernder Pumpe ein Kühlmittelstrom über einen den Motor zumindest teilweise umgebenden Kühlmantel aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in einem vom Förderstrom getrennten geschlossenen Kreislauf über die zu kühlenden Teile und eine Abkühlung des Kühlmittels bewirkende Elemente geführt ist und daß der Kreislauf des Kühlmittels in Gang gesetzt wird, sobald der Förderdruck der Pumpe einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt·1.! Procedure for cooling the electric motors from Electrically driven submersible pump units, in which a flow of coolant over a Engine at least partially surrounding cooling jacket is maintained, characterized in that the coolant in a closed circuit that is separated from the flow rate via the parts to be cooled and a cooling of the coolant causing elements is performed and that the circuit of the coolant is set in motion as soon as the delivery pressure of the pump exceeds a specified threshold value 2« Tauchpumpenaggregat, das aus einer Pumpe und einem damit gekoppelten Elektromotor gebildet ist, der einen von einem Kühlmittel durchflusseneη Kühlmantel oder dergleichen Einrichtungen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmantel über Rohrleitungen in Reihe mit Kühlelementen für das Kühlmittel und einen Kreislauf des Kühlmittels erzeugende Umwälzelementen geschaltet ist, deren Antrieb durch Anschluß an das Förderleitungssyatem, insbesondere an die Druckseite der Pumpe erfolgt.2 «Submersible pump unit, which is formed from a pump and an electric motor coupled to it, the one a cooling jacket or the like flowed through by a coolant Has facilities, characterized in that the cooling jacket via pipes in series with cooling elements for the coolant and a circuit of the coolant generating circulating elements is connected, the drive by Connection to the delivery line system, in particular to the pressure side of the pump, takes place. 3. Tauchpumpenaggregat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung für die Umwälzelemente,3. Submersible pump unit according to claim 2, characterized by a drive device for the circulating elements, 709822/0103709822/0103 - r- - r- die periodische Schwankungen des Druckes im Fördersystem der Förderpumpe, die dem Förderdruck überlagert sind, zur Bildung einer gleichgerichteten Strömung des Kühlmittels ausnutzt.the periodic fluctuations in the pressure in the delivery system of the delivery pump, which are superimposed on the delivery pressure, exploited to form a rectified flow of the coolant. 4· Tauchpumpenaggregat nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung für die Umwälzelemente in Abhängigkeit von den periodischen Schwankungen des Förderdruckes ihre Lage ändernde Elemente besitzt,: die bei ihrer hin- und hergehenden Bewegung während jeder der beiden Bewegungsphasen unmittelbar oder über Zwischeneinrichtungen auf das Kühlmittel im Sinne einer Umwälzung in nur einer Flußrichtung einwirken.4 · Submersible pump unit according to claim 2 or 3 »characterized in that the drive device for the circulating elements change their position depending on the periodic fluctuations in the delivery pressure possesses: the reciprocating movement during each of the two phases of movement directly or via intermediate devices act on the coolant in the sense of a circulation in only one direction of flow. 5· Tauchpumpenaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als lageveränderliches Element eine von dem Förderdruck beaufschlagte, gegen den Druck einer Feder bewegliche Membran, ein Kolben oder dergleichen vorgesehen ist.5 · Submersible pump unit according to one or more of the Claims 2 to 4, characterized in that the position-variable element is an element acted upon by the delivery pressure, against the pressure of a spring movable membrane, a piston or the like is provided. 6· Tauchpumpenaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran bzw, der Kolben als doppelseitig wirkendes Element sekundärseitig in den Kühlmittelkreislauf geschaltet ist und in Verbindung mit zwei Rückschlagventilen, die mit gleicher Durchlaßrichtung in den Kühlmittelkreislauf geschaltet sind und von denen das eine vor und das6. Submersible pump unit according to claim 5, characterized in that the membrane or the piston is double-sided acting element is switched into the coolant circuit on the secondary side and in connection with two non-return valves, which are connected with the same flow direction in the coolant circuit and of which one before and the other 709822/0103709822/0103 andere hinter der Membran angeordnet ist, die Itawälzeinrichtung bildet.another is arranged behind the membrane which forms the Itawälzeinrichtung. 7· Tauchpumpenaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bia 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzeinrichtung als an den Pumpendruckatutzen und den Kühlmantel anachließbare Einheit ausgebildet ist.7 · Submersible pump unit according to one or more of the Claims 2 bia 6, characterized in that the circulating device is designed as a unit that can be connected to the pump pressure port and the cooling jacket. 8. Tauchpumpenaggregat nach einem oder mehreren
der Ansprüche 2 bia 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Uiaviälz einrichtung in einer besonderen, vorzugsweise an den Druckraum der Pumpe angrenzenden Kammer des Pumpenaggregats untergebracht ist·8. Submersible pump unit after one or more
of claims 2 bia 6, characterized in that the
Uiaviälz device is housed in a special chamber of the pump unit, preferably adjacent to the pressure chamber of the pump 709822/0103709822/0103
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